[論文レビュー] Real-Time Voltage Stability Assessment for Load Areas Based on the Holomorphic Embedding Method.

Chengxi Liu, Bin Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2017

Power System Optimization and Stability参考文献 34被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、1回の潮流計算で負荷レベルにわたる電圧プロファイルを計算する非反復的特異関数埋め込み法（HEM）を用いて、負荷領域におけるリアルタイム電圧安定性評価手法を提案する。物理的初期解を級数に埋め込み、適応的2段階パデ近似を適用することにより、計算負荷を軽減しつつ、高速かつ高精度に電圧崩壊点を予測可能となる。

ABSTRACT

This paper proposes a method of real-time voltage stability assessment for load areas, in which the proximity to voltage collapse point at each bus can be accurately evaluated. Based on the non-iterative holomorphic embedding method (HEM), the voltage of each bus for different loading levels in the load area is quickly screened out by only performing one-time power flow calculation. A power series derived by the HEM with a physical germ solution makes sure that the P-V curve is in conformity with that from conventional continuous power flow. Therefore, the voltage stability margin can be evaluated by plugging a value into the embedded complex variable of the power series. An adaptive two-stage Pade approximants method is also proposed based on the power series to improve its convergence. Thus, on one hand, it enables more accurate prediction of the voltage collapse point; on the other hand, reduces the computational burden on large power systems. The proposed method is illustrated in detail on a 4-bus test system and then demonstrated on a load area of Northeast Power Coordinating Council 48-geneartor, 140-bus power system.

研究の動機と目的

• 電圧崩壊への近接度を正確に特定することで、負荷領域におけるリアルタイム電圧安定性評価を可能にすること。
• 負荷レベルにわたるP-V曲線を追跡するための従来の反復的手法の計算非効率性を克服すること。
• 1回の潮流計算で全電圧プロファイルを提供する反復を要しないアプローチを構築すること。
• HEMで得られた級数に適応的2段階パデ近似を適用し、電圧崩壊点の予測における収束性と精度を向上させること。
• 小型テスト系および大規模実用的140バス系を用いた検証を通じて、実用的妥当性を確認すること。

提案手法

• 負荷レベルにわたる電圧挙動の級数表現を導出するため、非反復的特異関数埋め込み法（HEM）を用いる。
• HEMで得られたP-V曲線が従来の連続的潮流結果と一致するように、物理的初期解を用いる。
• 複素変数を級数に埋め込むことで、任意の負荷レベルにおける電圧を代入により直接評価可能となる。
• 収束性と近似精度を向上させるために、適応的2段階パデ近似を適用する。
• 繰り返しの反復を回避するため、1回の潮流計算で全電圧プロファイルを生成する。
• HEMとパデ近似を統合することで、大規模系統における計算効率と予測精度のバランスを図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特異関数埋め込み法は、従来の潮流追跡手法に代わる正確で反復を要しない代替手法を提供できるか？
• RQ2 HEMで得られた級数は、従来の連続的潮流と比較してP-V曲線をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 適応的2段階パデ近似は、電圧崩壊点の予測における収束性と精度をどの程度向上させるか？
• RQ4 大規模電力系統において、過大な計算コストを伴わずに効果的に適用可能か？
• RQ5 実用系統におけるさまざまな負荷状態下で、リアルタイム安定性評価にどのように対応できるか？

主な発見

• HEMに基づく手法は、従来の連続的潮流で得られるP-V曲線を正確に再現しており、その正確性が検証された。
• 本手法により、1回の潮流計算で全電圧プロファイルが計算可能となり、計算時間の顕著な短縮が達成された。
• 適応的2段階パデ近似により、収束性が向上し、電圧崩壊点の予測精度が向上した。
• 4バステスト系および大規模140バス系において、本手法の実現可能性と頑健性が確認され、スケーラビリティが裏付けられた。
• 大規模電力系統においても、計算負荷を軽減しつつ、電圧安定性マージン評価の高精度を維持できることが示された。